通过有机-无机涂层对无铅钙钛矿量子点中的缺陷进行协同钝化处理，以提高其在柔性电致发光和光伏器件中的稳定性

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Synergistic defect passivation in lead-free perovskite quantum dots through organic-inorganic coating for enhanced stability in flexible electroluminescence and photovoltaics

本研究采用无铅Cs3Bi2Br9量子点，结合DDAB有机钝化和SiO2无机涂层形成混合保护层，显著提升其环境稳定性。通过PL光谱、寿命测量及温控分析证实该策略有效抑制表面缺陷和离子迁移。所制备的量子点作为发光层，成功开发出485nm蓝光发射的柔性透明电致发光器件，并集成到硅基太阳能电池中使光转换效率提升至14.85%，长期稳定性测试显示效率衰减小于5%。该研究为开发稳定环保的钙钛矿光电器件提供了新思路。

　　在当今科技迅速发展的背景下，新型材料的研究正日益受到重视，特别是在光电领域。随着人们对环保和可持续发展的关注增加，传统含铅卤化物钙钛矿量子点（PQDs）因其潜在的生态风险而受到越来越多的质疑。因此，寻找替代材料并提升其稳定性成为研究的重点。近年来，铅-free钙钛矿量子点因其较低的毒性和良好的性能而备受瞩目，其中Cs?Bi?Br?作为一种新型的铅-free材料，展现出了巨大的应用潜力。

Cs?Bi?Br?量子点的制备通常采用反溶剂法，这种方法能够有效控制纳米颗粒的尺寸和形貌，从而提高其光学性能。然而，即使在合成过程中优化了条件，这些量子点仍然面临环境稳定性不足的问题。环境因素如湿度、温度和光照都会对其结构和性能产生不利影响，导致非辐射复合的增加和发光效率的下降。为了解决这一问题，研究人员提出了一种结合有机钝化和无机封装的混合保护策略，旨在显著提升Cs?Bi?Br?量子点的环境稳定性。

有机钝化剂如二癸基二甲基氯化铵（DDAB）能够有效抑制量子点表面的缺陷，提高其在不同环境下的稳定性。DDAB具有较强的对卤素阴离子（如Br?）的亲和力，其较短的烷基链长度有助于在量子点表面形成紧密的覆盖层，从而减少表面缺陷。同时，DDAB的引入能够改善量子点的分散性和荧光特性，使其在光照和湿度变化下保持较高的发光效率。此外，DDAB的使用还可以降低量子点的表面能，从而减少其在外界刺激下的结构退化。

为了进一步增强量子点的稳定性，研究人员还采用了无机封装材料，如二氧化硅（SiO?）。SiO?涂层能够形成致密且非晶态的保护层，有效隔绝外界环境对量子点的侵蚀。这种无机材料的热稳定性较高，能够在较宽的温度范围内维持其结构完整性。通过将DDAB钝化后的Cs?Bi?Br?量子点进行SiO?封装，可以实现对量子点表面的全面覆盖，从而显著提升其在不同环境条件下的耐久性。

实验结果表明，采用DDAB和SiO?混合保护策略的Cs?Bi?Br?量子点在多种测试条件下均表现出优异的稳定性。例如，在室温下，经过8小时的测试后，其初始效率仍能保持在90%以上。此外，通过温度依赖的光致发光（PL）光谱分析，研究人员能够深入探讨量子点内部的辐射复合过程、非辐射弛豫机制以及激子-声子相互作用。这些研究不仅有助于理解量子点的稳定性机理，也为优化其性能提供了理论依据。

在实际应用方面，这种混合保护策略的Cs?Bi?Br?量子点被成功应用于柔性透明电致发光（EL）器件中，实现了在485 nm波长下的蓝色光发射。这一成果为开发新型的柔性显示技术提供了重要的材料基础。同时，这些量子点还被用作硅基太阳能电池的下转换层，显著提升了太阳能电池的光电转换效率。从14.48%提升至14.85%，表明这种材料在光电转换领域的应用前景广阔。

此外，研究人员还对材料的形貌变化进行了系统的分析。通过透射电子显微镜（TEM）观察，发现随着DDAB浓度的增加，量子点的排列更加紧密，但在形态上并未发生明显变化。这说明DDAB的引入对量子点的表面结构影响较小，主要作用在于减少表面缺陷。而当加入TEOS（四乙基正硅酸盐）进行SiO?封装后，量子点的表面被进一步保护，从而在更广泛的环境条件下保持稳定。

在研究过程中，还涉及到对量子点化学性质和合成条件的详细探讨。实验中使用的化学试剂均来自商业渠道，未进行额外纯化，这保证了实验的可重复性和实际应用的可行性。同时，对合成方法的优化也是研究的重要组成部分。通过调整DDAB和TEOS的用量，研究人员能够获得最佳的保护效果，同时保持量子点的光学性能。

值得注意的是，除了DDAB和SiO?的混合保护策略，还有其他多种方法被用于提升量子点的稳定性。例如，表面配体的交联、金属掺杂等策略也被广泛研究。这些方法各有优劣，选择合适的策略需要综合考虑材料的性能需求和实际应用环境。DDAB和SiO?的组合不仅在性能上表现出色，而且在环保方面也具有优势，避免了传统方法中可能涉及的有毒物质的使用。

此外，研究人员还探讨了Cs?Bi?Br?量子点在不同应用场景下的潜力。例如，这些材料可以用于生物传感器、环境修复和光催化等领域。由于其较低的毒性和较高的稳定性，Cs?Bi?Br?量子点有望在这些领域中发挥重要作用。特别是在生物传感器方面，稳定的量子点能够提供更可靠的信号输出，从而提高检测的准确性和灵敏度。

在研究过程中，团队还对材料的光谱特性进行了深入分析。通过吸收和光致发光（PL）光谱的测量，研究人员能够评估量子点的光学性能，并进一步优化其制备工艺。同时，对不同环境条件下的稳定性测试也揭示了材料在实际应用中的适应性。这些测试不仅包括常温下的长期稳定性，还包括在高温、高湿和光照条件下的表现，从而全面评估其应用潜力。

从实验结果来看，采用DDAB和SiO?混合保护策略的Cs?Bi?Br?量子点在多个方面都表现出色。首先，其表面缺陷被有效抑制，从而提高了光学性能；其次，其环境稳定性得到了显著增强，能够在多种条件下保持较高的效率；最后，其在实际应用中的表现也验证了其在光电领域的可行性。这些优势使得Cs?Bi?Br?量子点成为未来光电设备研发的重要候选材料。

总的来说，这项研究通过结合有机钝化和无机封装策略，成功提升了铅-free钙钛矿量子点的环境稳定性。这一成果不仅为开发新型、环保的光电材料提供了理论支持，也为实际应用中的稳定性问题提供了有效的解决方案。随着相关研究的深入，相信未来会有更多基于Cs?Bi?Br?量子点的光电设备问世，为科技发展和环境保护做出贡献。